文县耕层土壤养分空间分布研究

徐 宏， 刘海娥，王世来，杨子凡

（1.甘肃省文县农业技术推广中心，甘肃 文县 746400； 2.甘肃省农业广播电视学校文县分校，甘肃文县 746400； 3.甘肃农业大学资源与环境学院，甘肃 兰州 730070）

土壤养分是植物营养的主要来源，在农业生产中为了满足农作物对营养的需求，在土壤养分不足时需补充施肥，而经济合理地施肥要以土壤养分含量为依据［1～8］。土壤养分的空间分布是精准农业管理土壤养分和合理施肥的基础，自20世纪70年代以来，土壤养分空间分布及其变化定量化研究一直是研究关注的热点。

文县位于甘肃省东南麓，地处西秦岭山脉南秦岭山脉带，东经104°16′～105°27′，北纬32°35′～33°20′，面积5 000 km2，属亚热带向暖温带过渡区，垂直气候差异明显，形成了亚热带、温带、寒带叠次镶嵌的不同气候类型区。全境高山、沟谷交错，现有耕地39 427.48 hm2，人均0.183 hm2。为了解整个县域境内农田内耕层土壤养分丰缺状况，指导科学施肥和服务精准农业，我们选择有机质、碱解氮、有效磷、速效钾作为主要指标，根据空间插值的基本原理［9～11］，使用Arcgis软件中的kriging插值法，对文县耕层土壤养分的空间分布进行了研究，现将结果报道如下。

1 材料与方法

1.1 资料来源

研究资料来源于2008年文县测土配方施肥2390个实际测量数据以及县域耕地资源管理信息系统空间数据库。

1.2 方法

根据2 390个实际土壤测试基础数据，利用Arcgis软件提供的Histogram和QQPlot数据分布检验方法，分别对各养分化验数据进行检验，对检验出的离群值、极大极小值进行校正和剔除，以避免对空间插值结果的干扰，降低误差。最终分别选用有效数据（有机质2 384个、碱解氮2 378个、有效磷2 388个和速效钾2 364个）进行空间插值，通过Arcgis软件空间分析功能下的kriging插值法获得文县耕层土壤的有机质、碱解氮、有效磷及速效钾等主要土壤养分含量的空间分布图。并根据分布图对各乡镇土壤养分的丰缺分布进行分析，同时使用Arcgis软件的分级功能，按照甘肃省耕层土壤养分分级标准对文县耕层土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾空间分布进行分析及分级。

kriging法是在空间插值中直接使用拟合半方差图［9］，先通过由对一组联立方程的求解得到权重：

式中，γ（hij）是已知点i和j间的半方差；γ（hj）是已知点和未知点之间的半方差；λ是拉格朗日系数。

式中Z0是已知点的值，Wx是与每个已知点关联的权重，s是用于估算的已知点的数目［10］。

2 结果与分析

2.1 耕层土壤有机质空间分布及分级

由图1可以看出，文县北部、南部等靠近林场保护区的乡镇耕层土壤有机质含量高，中部地区含量较低，耕层土壤有机质分布的地带性明显。沿江、沿河低阶地比旱坡地、旱地梯田高。北部堡子坝乡、桥头乡部分区域和南部刘家坪乡有机质含量最高，其中堡子坝乡和刘家坪乡中部有机质含量为25.00～30.00 g/kg；中部城关镇、尚德镇、西部铁楼乡等乡镇有机质含量低，大约在10.00～15.00 g/kg。根据甘肃省耕层土壤养分分级标准（表1），全县有机质含量由高水平到低水平依次为25.00～30.00、20.00～25.00、15.00～20.00、10.00～15.00 g/kg，分别对应甘肃省有机质含量的Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级，Ⅵ级和Ⅶ级在文县没有分布，大于30.00 g/kg的Ⅰ级水平在文县也没有分布。综合来看，文县耕层土壤有机质含量较高，属于有机质较丰区，但有机质空间分布不均，部分区域有机质含量较低。

2.2 耕层土壤碱解氮空间分布及分级

文县耕层土壤碱解氮的空间分布见图2。大多数地区的碱解氮含量在80～100mg/kg，含量大于120mg/kg的区域在北部、中部和中东部地区广泛分布，范坝乡、碧口镇、中庙乡、玉磊乡和尚德镇等乡镇的碱解氮含量高；土壤碱解氮含量最低的在40～60mg/kg，主要分布在中西部地区的铁楼、石鸡坝和桥头等乡。对照甘肃省耕层土壤养分分级标准（表1），碱解氮含量由高水平到低水平依次为100～150、50～100、＜50mg/kg，分别应对甘肃省碱解氮的Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ级。可见文县耕层土壤碱解氮含量整体偏低，属碱解氮欠缺地区。

图1 文县耕层土壤有机质空间分布

图2 文县耕层土壤碱解氮空间分布

表1 甘肃省耕层土壤养分分级标准（主要养分）

2.3 耕层土壤有效磷空间分布及分级

由图3可以看出，文县有效磷含量普遍较低，基本处于8～11mg/kg水平段。含量最高的主要是地处南部的丹堡乡、刘家坪乡，有效磷含量为14～17mg/kg；西北部的石鸡坝乡、保护区，东部的临江乡，中部的桥头乡等地有效磷含量也相对较高，为12～14mg/kg；中北部的堡子坝乡、城关镇，东部的尚德镇、玉磊乡等地有效磷含量低，为3～8 mg/kg。根据甘肃省耕层土壤养分分级标准（表1），文县有效磷含量由高水平到低水平依次为15～20、10～15、5～10、≤5 mg/kg，分别对应甘肃省有效磷的Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ级，可见文县耕层土壤有效磷含量低且变幅大，属有效磷缺乏地区。

图3 文县耕层土壤有效磷空间分布

2.4 耕层土壤速效钾空间分布分析及分级

图4 文县耕层土壤速效钾空间分布

文县耕层土壤速效钾分布见图4。大多数地区的速效钾含量在150～200mg/kg，处于甘肃省的中等水平；含量小于50mg/kg的速效钾极低区域主要集中在城关镇周围，耕层土壤速效钾含量250～300mg/kg的较高区，分布在文县东北部的舍书乡，南部的铁楼乡、保护区和刘家坪乡以及东部的中庙乡等区域。对照甘肃省耕层土壤养分分级标准（表1），速效钾含量由高水平到低水平分为5级，依次为250～300、200～250、150～200、100～150、50～100mg/kg，分别对应甘肃省速效钾的Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级，Ⅶ级在文县没有分布，可见文县耕层土壤富含速效钾。

3 小结与讨论

1） 分析研究可知，文县耕层土壤有机质含量水平对应甘肃省的Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级，碱解氮对应甘肃省的Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ级，有效磷对应甘肃省的Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ级，速效钾对应甘肃省的Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级，总体上，文县耕层土壤有机质、速效钾含量丰富，碱解氮、有效磷缺乏。

2） 从文县耕层土壤养分分析结果看，文县耕层土壤碱解氮含量偏低。可能与氮肥的变异程度和喜氮作物对氮素的大量吸收有较大关系，因此在施肥过程需密切关注氮肥的变化。速效钾含量虽说较高，但对于喜钾作物和灌区不应该忽视施用钾肥。文县境内水资源丰富，对于海拔较高、质地黏重、土层浅薄、漏水漏肥的耕地，需要采取少量多次的施肥方法。

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